(57)【要約】【課題】窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査装置を提供する。【解決手段】検査装置は、装着された検査容器１０１の温度を調節するための温調機構１１１と、検査容器１０１内の固相坦体１０２の光学的観察を可能にする観察窓１１２と、観察窓１１２を通して検査容器１０１内の固相坦体１０２を上方から光学的に観察するための観察光学系１２０と、装着された検査容器１０１の流路１０３の小径部分１０３ｂと流体的に接続されるチューブ１１４と、チューブ１１４と流体的に接続されたポンプ１１５と有している。観察窓１１２は、検査容器１０１の上面の開口の近くに配置される透明板１１３を有している。透明板１１３は、光学的に透明で、断熱効果のある透明板１１３で構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体を収容した検査容器の温度を調節するための温調機構と、固相坦体の光学的観察を可能にする透明板と、透明板を通して検査容器内の固相坦体を光学的に観察するための観察光学系とを有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする、生体関連物質の検査装置。
【請求項２】
請求項１において、透明板はプラスチックであることを特徴とする、生体関連物質の検査装置。
【請求項３】
請求項１において、透明板は複層ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査装置。
【請求項４】
請求項１において、透明板は熱線反射ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査装置。
【請求項５】
生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体を収容した検査容器の温度を調節するための温調機構と、固相坦体の光学的観察を可能にする透明板とを有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする、生体関連物質の検査ステージ。
【請求項６】
請求項５において、透明板はプラスチックであることを特徴とする、生体関連物質の検査ステージ。
【請求項７】
請求項５において、透明板は複層ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査ステージ。
【請求項８】
請求項５において、透明板は熱線反射ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査ステージ。
【請求項９】
生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体を収容した検査容器であり、検査容器は固相坦体の光学的観察を可能にする透明板を有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする、生体関連物質の検査容器。
【請求項１０】
請求項９において、透明板はプラスチックであることを特徴とする、生体関連物質の検査容器。
【請求項１１】
請求項９において、透明板は複層ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査容器。
【請求項１２】
請求項９において、透明板は熱線反射ガラスであることを特徴とする、生体関連物質の検査容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体関連物質の検査装置と検査ステージと検査容器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体関連物質の検査装置として、例えば、ＤＮＡチップ解析装置が知られている。ＤＮＡチップ解析装置では、ＤＮＡチップ上にスポッティングされたオリゴＤＮＡプローブと蛍光標識サンプル溶液とを反応させ、蛍光強度としてシグナル検出を行っている。例えば、特開平８−１６６３８７号公報は、ガラスやシリコンなどを基板に用いたＤＮＡチップの反応容器を開示している。特許第３２０８３９０号公報や特表平０９−５０４８６４号公報は、多孔質材料の基板にプローブを固相化して形成されたＤＮＡチップを開示している。このシグナル検出は、ＤＮＡチップに励起光を照射し、フォトマルチプライヤーやＣＣＤカメラを用いて蛍光を検出することにより行なわれる。
【特許文献１】特開平８−１６６３８７号公報
【特許文献２】特許第３２０８３９０号公報
【特許文献３】特表平０９−５０４８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のＤＮＡチップを用いて適切な検査を行なうためには、検体液の温度を制御することが好ましく、一般的には、加温することが多い。したがって、特許第３２０８３９０号公報や特表平０９−５０４８６４号公報のＤＮＡチップを収容するための容器に、ＤＮＡチップを観察するための窓を設けた構成においては、検体液が蒸発し、窓の表面に水滴として付着して、観察画像が不鮮明になってしまう。特に、容器の温度を下げていったときにはカバーガラスが曇ってしまい、観察ができない状態となってしまう。この曇りは、検査精度を低下させる原因となる。
【０００４】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その主な目的は、窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査技術を提供することである。
【０００５】
そのため、本発明の二次的な目的は、窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査装置を提供することである。本発明の別の二次的な目的は、窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査ステージを提供することである。本発明の更に別の二次的な目的は、窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ひとつには、生体関連物質の検査装置に向けられている。本発明の検査装置は、生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体を収容した検査容器の温度を調節するための温調機構と、固相坦体の光学的観察を可能にする透明板と、透明板を通して検査容器内の固相坦体を光学的に観察するための観察光学系とを有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、ひとつには、生体関連物質の検査ステージに向けられている。本発明の検査ステージは、生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体を収容した検査容器の温度を調節するための温調機構と、固相坦体の光学的観察を可能にする透明板とを有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、ひとつには、生体関連物質の検査容器に向けられている。本発明の検査容器は、生体関連物質を検出するためのプローブが固相化された固相坦体と、固相坦体の光学的観察を可能にする透明板とを有しており、透明板が断熱効果のある透明板で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、窓に曇りが発生し難い生体関連物質の検査技術が提供される。これにより、より良好な固相坦体の光学的観察が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、生体関連物質の検査装置に向けられている。図１は、本発明の実施形態における検査容器と検査装置の断面図であり、サンプル溶液の液面が固相坦体の上に位置している状態を示している。図２は、図１と同じ検査容器と検査装置の断面図であり、サンプル溶液の液面が固相坦体の下に位置している状態を示している。
【００１１】
図１と図２に示されるように、検査容器１０１は、生体関連物質の検出するためのプローブが固相化された固相坦体１０２と、生体関連物質を含む液体であるサンプル溶液を収容する流路１０３とを有している。
【００１２】
固相坦体１０２は、多孔質体で構成され、サンプル溶液を透過し得る。固相坦体１０２は、これに限定されないが、例えば、多孔質基板に、オリゴＤＮＡプローブをスポッティングして固相化して作られるＤＮＡチップである。
【００１３】
流路１０３は、上面の開口から固相坦体１０２を横切って下方に延びる大径部分１０３ａと、大径部分１０３ａから側方に延び側面で終端する小径部分１０３ｂとを有している。大径部分１０３ａは、これに限定されないが、例えば円錐台形状をしている。小径部分１０３ｂは、これに限定されないが、例えばテーパーを有している。
【００１４】
検査装置は、装着された検査容器１０１の温度を調節するための温調機構１１１と、検査容器１０１内の固相坦体１０２の光学的観察を可能にする観察窓１１２と、観察窓１１２を通して検査容器１０１内の固相坦体１０２を上方から光学的に観察するための観察光学系１２０と、装着された検査容器１０１の流路１０３の小径部分１０３ｂと流体的に接続されるチューブ１１４と、チューブ１１４と流体的に接続されたポンプ１１５と有している。これらのうち、温調機構１１１と観察窓１１２は、検査容器１０１を収容し保持する検査ステージを構成している。また、チューブ１１４とポンプ１１５は、サンプル溶液を移送するサンプル溶液移送機構を構成している。観察光学系１２０は、これに限定されないが、例えば、蛍光顕微鏡等の光学顕微鏡で構成される。
【００１５】
観察窓１１２は、検査容器１０１の上面の開口の近くに配置される透明板１１３を有している。透明板１１３は、光学的に透明で、断熱効果のある透明板１１３で構成されている。つまり、透明板１１３は、良好な断熱性を有している。透明板１１３は、これに限定されないが、例えば、プラスチックや複層ガラスや熱線反射ガラスで構成される。この透明板１１３は、光学的に透明であり、断熱効果が期待できれば、どのような材質のものであってもよい。
【００１６】
検査ステージは、例えば図３に示すように検査容器と観察窓が別体に構成されているものである。ここで、図３を参照しながら検査ステージの構成についてより詳しく説明する。
【００１７】
検査容器１０１を着脱可能に保持する検査ステージ１３０は、図３に示されるように、検査容器１０１が載置される載置部１３１ａと検査容器１０１が押し当てられる受け部１３１ｂとを持つベース１３１と、ベース１３１に対して開閉可能に設けられたカバー部材１３２と、検査容器１０１をベース１３１の受け部１３１ｂに押し付けるためのスライダー１３３とを有している。
【００１８】
カバー部材１３２は、図示されていないが、例えば、ベース１３１が載せられる基台に回転可能に支持されたアームに取り付けられており、これにより、ベース１３１に対して開閉され得る。
【００１９】
スライダー１３３は、矢印で示されるように、ベース１３１の載置部１３１ａの上を、受け部１３１ｂに近づく方向と、反対に、受け部１３１ｂから遠ざかる方向とに移動し得る。
【００２０】
検査容器１０１がベース１３１の載置部１３１ａの上に置かれた状態で、スライダー１３３が受け部１３１ｂに近づく方向に移動されると、スライダー１３３は、検査容器１０１に接触した後、図３に示されるように、検査容器１０１をベース１３１の受け部１３１ｂの側面に押し付ける。その結果、検査容器１０１が保持される。
【００２１】
検査容器１０１が保持された状態から、スライダー１３３が受け部１３１ｂから遠ざかる方向に移動されると、スライダー１３３は検査容器１０１から離れる。この状態では、ベース１３１の載置部１３１ａから検査容器１０１を容易に取り除くことができる。
【００２２】
ベース１３１の受け部１３１ｂは、検査容器１０１の流路１０３が終端している側面１０４と向き合う側面を横切る貫通孔１３４を有している。検査容器１０１が検査ステージ１３０に保持された状態では、検査容器１０１はＯリング１０６を介してベース１３１と気密に結合され、検査容器１０１の流路１０３とベース１３１の貫通孔１３４とが流体的に連絡される。これにより、検査容器１０１の流路１０３が、ベース１３１の貫通孔１３４とチューブ１１４を介して、ポンプ１１５と流体的に連結される。
【００２３】
検査ステージ１３０は、検査容器１０１の温度を制御するための温調機構１１１の構成要素の一部を備えている。ベース１３１は、その内部に、電流供給に応じて発熱するヒーター１４１と、ヒーター１４１の温度を検知する温度センサー１４２とを有している。また、カバー部材１３２は、その内部に、電流供給に応じて発熱するヒーター１４３と、ヒーター１４３の温度を検知する温度センサー１４４とを有している。
【００２４】
カバー部材１３２は、さらに、観察窓１１２を規定する開口１３５と、透明板１１３を固定するための板ばね１３６と、板ばね１３６に貼り付けられたゴムシート１３７とを有している。板ばね１３６とゴムシート１３７は共に観察窓１１２に対応する位置が開口している。
【００２５】
以下では、固相坦体１０２はＤＮＡチップであるものとして、また、検査装置はＤＮＡチップ解析装置であり、遺伝子の発現解析をするものとして説明する。
【００２６】
検査容器１０１は、ＤＮＡチップ１０２の上に必要量のサンプル溶液１０５が滴下され、検査装置に装着される（つまり検査ステージに収容保持される）。サンプル溶液１０５を収容した検査容器１０１は、ハイブリダイゼーション反応を促進させるために、温調機構１１１により３５℃から８０℃程度の適当な温度に暖められる、あるいは適当な温度サイクルで温度制御される。
【００２７】
さらに、ハイブリダイゼーション反応を促進させるために、ポンプ１１５により検査容器１０１内の流路１０３を加圧減圧して、サンプル溶液１０５をＤＮＡチップ１０２内に強制的に通過させる。これにより、サンプル溶液１０５は、図１に示されるように、液面がＤＮＡチップ１０２の上に位置する状態と、図２に示されるように、液面がＤＮＡチップ１０２の下に位置する状態とを繰り返し推移する。
【００２８】
このようにサンプル溶液１０５にＤＮＡチップ１０２を強制的に通過させることにより、比較的短時間の内にハイブリダイゼーション反応を完了させることができる。例えば、１〜２時間程度でハイブリダイゼーション反応を終了させることができる。
【００２９】
反応完了後、ＤＮＡチップ１０２は観察光学系１２０によって蛍光観察され、遺伝子の発現量の増減が蛍光強度の強弱として読み取られる。
【００３０】
検査容器１０１はＤＮＡチップ１０２の上方が開放しており、検査装置（あるいは検査ステージ）はＤＮAチップ１０２の上方に観察窓１１２を有している。このため、このような検査容器１０１と検査装置（あるいは検査ステージ）においては、ハイブリダイゼーション反応の反応前・反応途中・反応終了後のいずれの時期においても、ＤＮＡチップ１０２を上方から光学的観察（通常の顕微鏡観察や蛍光観察）を行なうことが可能である。
【００３１】
前述したように、ハイブリダイゼーション反応の間、検査容器１０１は温調機構１１１により所定の温度に暖められる、あるいは所定の温度サイクルで変化される。このため、サンプル溶液１０５の一部が蒸発し、その蒸気が、透明板１１３に付着して、観察窓１１２を曇らせてしまうことがある。このような観察窓１１２の曇りは、ＤＮＡチップ１０２の光学的観察を妨げる要因となる。
【００３２】
ここで、曇りの発生する原理について考える。空気中には水分が含まれており、水蒸気の状態で存在している。この空気中に含まれる水蒸気の最大量（飽和水蒸気量）は温度によって差があり、温度が高いほど多く、低いほど少ない。よって、一定量の水蒸気を含んだ暖かい空気が冷やされることで、含んでいられる水蒸気量が減り、その余剰となった水蒸気は水滴となって現れる。これが曇り（結露）である。
【００３３】
この曇りの現象を容器内で考える。容器内の暖かさが逃げる、あるいは容器の外側の冷たい空気が伝わることにより透明板の内側が冷えてしまうことが予想される。結果として、水蒸気が露点よりも低い温度のガラスに触れることにより、曇りが発生している。よって、容器内の暖かさを逃がしにくいうえ、外側の冷たさも伝えにくい、断熱効果の高い透明板を使用することにより、透明板の内側が冷えにくくなるとともに、曇りが発生しにくくなる。
【００３４】
以上の考察により、本実施形態の検査装置では、観察窓１１２に使用される透明板１１３に断熱効果のある透明板が使用されている。前述の通り、検出容器内のサンプル溶液の蒸気を含んだ空気が、それよりも冷たい透明板に接すると、曇りが生じる。よって、断熱効果のある透明板を用いて、熱の出入りを遮断することにより、透明板１１３の表面に曇りが生じにくくなる。
【００３５】
次に、曇りの発生の状態を、図を使って詳しく説明する。水蒸気圧には気温で定まる最大値があり、これを飽和水蒸気圧という。飽和水蒸気圧Ｅは、Tetens式のより、下記の（１）式で表される。
【数１】
2005121529.tif 000003
【００３６】
また、水蒸気量として、水蒸気圧ではなく湿度で表した飽和水蒸気量ａは下記の（２）式で表される。
【数２】
2005121529.tif 000004
【００３７】
図４は、（２）式を用いて、温度と水蒸気量と湿度との関係を表したグラフである。大気中に実際に含まれている水蒸気量と、その大気がその温度で含みえる最大限の水蒸気量との比を表したものが湿度である。よって、水蒸気量が一定であっても、温度が変化すれば、湿度も変化することとなる。例えば、図５に示すように、検出容器内の温度が５０℃で、湿度が８０％であった場合、水蒸気量を保ったまま温度が約４５℃に下がってしまうと、湿度は１００％になることが分かる。この状態になると、検出容器内の蒸気が水滴となる。この例のように、検出容器内の温度が５０℃で透明板の温度が４５．２℃より低くなると、透明板に曇りが生じる。よって、断熱効果のある透明板を使用することにより、透明板の検出容器内側の面が暖かい状態に保たれ、曇りにくくなる。
【００３８】
本実施形態の検査装置によると、観察窓１１２に実質的に曇りが生じないため、ＤＮＡチップ１０２を好適に観察することが可能になる。特に、ＤＮＡチップ１０２のスポットの蛍光強度を好適に取得することが可能となる。サンプル溶液の温度を変更しながら、反応させたり検出したりする場合には、サンプル溶液の温度の変化により、観察窓に水分が付着して曇りが発生し易いので、観察窓への断熱効果のある透明板１１３を用いることは、特に効果的である。
【００３９】
断熱効果の高い透明板１１３としては、例えば、プラスチックが挙げられる。その他には、複層ガラスや熱線反射ガラスが挙げられ、その場合、より断熱効果が高く好ましい。
【００４０】
断熱効果を比較する数値として、熱伝導率が挙げられる。熱伝導率は物質中の熱の伝わりやすさを表すので、この値が小さいほど、断熱効果が高いと言える。ガラスの熱伝導率は０．６８［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］である。これに対し、プラスチック、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）は０．１６［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］、メチルペンテン樹脂（ＴＰＸ（商標））は０．１４［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］である。よって、観察窓に取り付ける透明板としては、ガラスに比べてプラスチックの方がより効果的であることが分かる。
【００４１】
複層ガラスは、２枚または数枚のガラスを一定の間隔で配置し、その間を大気圧に近い圧力の乾燥空気で満たし、その周辺を密閉したものである。ガラスの熱伝導率は０．６８［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］であるので、空気層に熱伝導率の０．０２６［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］である乾燥空気を満たすと、この空気層の熱抵抗により、逃げる熱を小さくすることが可能となり、断熱性を向上させる。乾燥空気を満たした複層ガラスは、普通の板ガラスの約２倍の断熱性を持つことができる。
【００４２】
図６は、３ｍｍの板ガラス（Ａ）と、３ｍｍの板ガラスの間に６ｍｍの空気層を設けて構成した複層ガラス（Ｂ）との、容器内部の湿度が８０％のときの露点温度を示している。例えば、容器内の温度が８０℃の時には、板ガラスより複層ガラスの露点温度が約７℃低いことが分かり、板ガラスに比べて複層ガラスは曇りにくいことが分かる。
【００４３】
また、乾燥空気の代わりに、さらに熱伝導率が０．０１７［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］と低いアルゴンガスを空気層に満たすことにより、熱伝導で逃げる熱量を小さくして、断熱性をさらに向上をさせることが可能である。さらに、２枚のガラスの間に、空気層ではなく、真空層を設けて構成した真空ガラスであると、真空層により熱の伝導と対流を抑えることができ、断熱効果の向上が可能である。
【００４４】
熱線反射ガラスは、ガラスの表面に薄い金属や金属酸化膜をコートしたガラスである。金属膜のはたらきで、ガラス周辺の熱エネルギーは反射される、すなわち断熱性が向上される。熱の伝わりやすさを示す熱貫流率により比較すると、６ｍｍの板ガラスが５．０［ｋｃａｌ／ｍ2ｈ℃］であるのに対し、６ｍｍの熱線反射ガラスは金属膜のコーティング方法の違いにより３．７〜４．９［ｋｃａｌ／ｍ2ｈ℃］と、断熱性が高いことが分かる。また、ガラスに熱線吸収ガラスを使用すると、熱線吸収効果が加わるため、断熱性をさらに向上させることが可能である。
【００４５】
図６は、さらに、複層ガラスと熱線反射ガラスとを組み合わせ、３ｍｍの板ガラスと３ｍｍの熱線反射ガラスの間に真空層を設けて構成した真空ガラス（Ｃ）の容器内部の湿度が８０％のときの露点温度を示している。このような真空ガラスは、真空層により熱の伝導と対流を抑えるとともに、熱線反射ガラスにより熱の放射を抑える。図６に示すように、板ガラスや複層ガラスに比べ、露点温度がさらに低く、曇りにくいことが分かる。さらに、３ｍｍの板ガラスと３ｍｍの熱線吸収ガラスの間に真空層を設けて構成した真空ガラスであっても、同様な効果が得られる。
【００４６】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００４７】
例えば、上述した実施形態では、透明板１１３が温調機構１１１に設けられている構成について説明したが、透明板１１３は検査容器１０１に設けられていてもよい。言い換えれば、検査容器１０１が透明板１１３を備えていてもよい。その場合、透明板１１３は検査容器１０１に固定されていても、検査容器１０１に着脱可能であってもよい。後者の場合、検査容器１０１に透明板１１３を単に乗せる形態も含むものとする。
【００４８】
また、多孔質基板を用いたＤＮＡチップを例にあげて説明したが、本発明は、シリコンウエハやスライドグラスを基材に用いたＤＮＡチップにも適用可能である。また、ＤＮＡの検出だけでなく、例えば、抗原や抗体をプローブに用い、免疫的な反応を検出する用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態における検査容器と検査装置の構成を模式的に示している部分断面図であり、サンプル溶液の液面が固相坦体の上に位置している状態を示している。
【図２】図１と同じ検査容器と検査装置の構成を模式的に示している部分断面図であり、サンプル溶液の液面が固相坦体の下に位置している状態を示している。
【図３】図１と図２に模式的に示された検査装置における検査容器を着脱可能に保持する検査ステージの主要部の断面図である。
【図４】温度と水蒸気量と湿度との関係を表したグラフである。
【図５】温度低下に伴って曇りが発生するメカニズムを示している。
【図６】板ガラス（Ａ）と複層ガラス（Ｂ）と真空ガラス（Ｃ）のそれぞれの観察窓における容器内部の湿度が８０％のときの露点温度を示している。
【符号の説明】
【００５０】
１０１…検査容器、１０２…固相坦体、１０３…流路、１０４…側面、１０５…サンプル溶液、１０６…Ｏリング、１１１…温調機構、１１２…観察窓、１１３…透明板、１１４…チューブ、１１５…ポンプ、１２０…観察光学系、１３０…検査ステージ、１３１…ベース、１３１ａ…載置部、１３１ｂ…受け部、１３２…カバー部材、１３３…スライダー、１３４…貫通孔、１３５…開口、１３６…板ばね、１３７…ゴムシート、１４１…ヒーター、１４２…温度センサー、１４３…ヒーター、１４４…温度センサー。
【図１】
2005121529.tif 000005
【図２】
2005121529.tif 000006
【図３】
2005121529.tif 000007
【図４】
2005121529.tif 000008
【図５】
2005121529.tif 000009
【図６】
2005121529.tif 000010